شهرهای امروزی، بیش از دو سوم انرژی جهانی را به خود اختصاص داده و سهم چشمگیری در انتشار گازهای گلخانه‌ای دارند. با این حال، وابستگی آن‌ها به شبکه‌های برق متمرکز، آسیب‌پذیری‌شان را در برابر بلایای طبیعی، حملات سایبری و اختلالات شبکه به شدت افزایش داده است. در چنین شرایطی، توسعه میکروگریدها و شبکه‌های انرژی محلی به عنوان راهکاری کلیدی برای افزایش مقاومت شهری، کاهش انتشار کربن و تحقق رویای شهرهای پایدار مطرح شده‌اند.
میکروگریدها در واقع سیستم‌های کوچک و محلی تولید و توزیع انرژی هستند که قابلیت کارکرد مستقل یا اتصال به شبکه سراسری را دارند. این سیستم‌ها با بهره‌برداری از منابع تجدیدپذیر موجود در محل، مانند انرژی خورشیدی، بادی و زیست‌توده، به کاهش تلفات انتقال انرژی، افزایش پایداری شبکه و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک شایانی می‌کنند. یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های میکروگریدها، توانایی آن‌ها در عملکرد «جزیره‌ای» است؛ به این معنی که در صورت بروز هرگونه اختلال در شبکه اصلی، می‌توانند به طور مستقل برق مورد نیاز مناطق تحت پوشش خود را تأمین کنند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که شبکه‌های میکروگرید قادرند میزان بار از دست رفته در زمان حوادث شدید را تا بیش از ۱۵ درصد کاهش داده و انعطاف‌پذیری شبکه توزیع را به طور چشمگیری بهبود بخشند. همچنین، گسترش این ریزشبکه‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، علاوه بر بهبود بارپذیری شبکه، به کاهش معنادار انتشار کربن نیز منجر می‌شود.
مزایای اقتصادی میکروگریدها برای شهرداری‌ها
پیاده‌سازی میکروگریدها فراتر از مزایای فنی و زیست‌محیطی، تأثیرات اقتصادی مستقیم و قابل اندازه‌گیری بر بودجه شهرداری‌ها دارد که می‌توان آن‌ها را در چهار بخش اصلی خلاصه کرد: کاهش هزینه‌های عملیاتی انرژی برای ساختمان‌های عمومی، ایجاد درآمدهای پایدار از طریق فروش برق مازاد، کاهش هزینه‌های سرمایه‌ای زیرساخت‌های شبکه و ایجاد فرصت‌های شغلی محلی با تقویت اقتصاد شهری.
اولین و ملموس‌ترین اثر اقتصادی میکروگریدها، صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی ساختمان‌ها و تأسیسات عمومی تحت مدیریت شهرداری است. ماهیت این ریزشبکه‌ها، تولید انرژی در محل، به ویژه از منابع خورشیدی، را ممکن می‌سازد. این تولید محلی برق، به طور قابل توجهی هزینه‌های خرید برق از شبکه سراسری را کاهش می‌دهد. این صرفه‌جویی به خصوص در تأسیسات بزرگ با قبوض برق سنگین و در جوامعی که هزینه‌های برق بخش عمده‌ای از بودجه را تشکیل می‌دهد، بسیار سودمند است. شهرداری‌ها که سالانه مبالغ هنگفتی را بابت تأمین برق ساختمان‌های اداری، مدارس، بیمارستان‌ها، روشنایی معابر و پمپ‌های آب می‌پردازند، می‌توانند با این کاهش هزینه، بار مالی را از دوش بودجه جاری برداشته و منابع آزاد شده را به دیگر پروژه‌ها و خدمات شهری اختصاص دهند.
دومین مزیت اقتصادی، امکان فروش برق مازاد تولیدی میکروگریدها به شبکه اصلی یا مصرف‌کنندگان محلی است که می‌تواند منبع درآمدی پایدار برای شهرداری‌ها باشد. اگرچه سودآوری میکروگریدها در بازار برق به نوسانات قیمت وابسته است، اما با مدیریت هوشمندانه تولید و مصرف، شهرداری می‌تواند در زمان اوج تقاضا و افزایش قیمت، برق اضافی را به فروش رسانده و کسب درآمد کند. این مدل درآمدی، برخلاف درآمدهای ناپایدار مانند عوارض ساخت‌وساز که در دوران رکود مسکن کاهش می‌یابد، یک جریان مالی ثابت و قابل پیش‌بینی را ایجاد کرده و به پایداری مالی شهرداری کمک می‌کند. افزایش درآمدهای پایدار و کاهش وابستگی به درآمدهای ناپایدار، از نشانه‌های مدیریت شهری توانمند و مترقی است.
سومین تأثیر، کاهش هزینه‌های سرمایه‌ای مرتبط با ارتقا و توسعه زیرساخت‌های شبکه توزیع برق است. میکروگریدها با کاهش تلفات شبکه و عدم نیاز به سرمایه‌گذاری‌های عظیم در ارتقای خطوط فشار قوی و پست‌های توزیع، به طور مستقیم هزینه‌های زیرساختی را می‌کاهند. تحقیقات نشان داده است که اتصال سه میکروگرید یا روستا به یکدیگر، در صورتی که مجموع فواصل آن‌ها ۲۳۰۰ متر یا کمتر باشد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. این امر به شهرداری‌ها امکان می‌دهد تا با سرمایه‌گذاری در میکروگریدهای محلی، از هزینه‌های سنگین توسعه شبکه سراسری اجتناب کرده و منابع مالی خود را صرف پروژه‌های ضروری‌تر کنند.
چهارمین مسیر اقتصادی، ارائه خدمات جانبی به شبکه اصلی برق است که می‌تواند درآمدزایی مضاعفی برای شهرداری‌ها به ارمغان آورد. این خدمات شامل تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، کاهش اوج مصرف و ذخیره‌سازی انرژی می‌شود که میکروگریدها می‌توانند در ازای ارائه آن‌ها از اپراتور شبکه یا بازار برق کسب درآمد کنند. مطالعات صورت گرفته در زمینه بهینه‌سازی قیمت‌گذاری برق در میکروگریدها، با در نظر گرفتن یارانه‌های دولتی و عدم قطعیت تقاضا، نشان می‌دهد که طرح‌های مبتنی بر دسترسی و بهره‌برداری از این خدمات، پایداری اقتصادی میکروگریدها را به شدت افزایش می‌دهد.
علاوه بر تأثیرات مستقیم بر بودجه، پروژه‌های میکروگرید به دلیل ایجاد اشتغال محلی در بخش‌های نصب، نگهداری و مدیریت انرژی، به تقویت اقتصاد منطقه نیز کمک می‌کنند. این تقویت اقتصادی به صورت غیرمستقیم، از طریق افزایش درآمدهای مالیاتی و عوارض، به بودجه شهرداری بازمی‌گردد. با توجه به اینکه بیش از ۹۵ درصد منابع مالی شهرداری‌ها از درآمدهای محلی تأمین می‌شود، هر فعالیتی که اقتصاد منطقه را شکوفا کند، تأثیر مثبتی بر درآمدهای شهرداری خواهد داشت.
میکروگریدها همچنین با فراهم آوردن امکان جذب سرمایه‌گذاری بخش خصوصی از طریق مدل‌های مشارکت عمومی-خصوصی (PPP)، می‌توانند بار مالی پروژه‌های انرژی را از دوش بودجه شهرداری بردارند. شهرداری‌ها می‌توانند با مشارکت سرمایه‌گذاران خصوصی، تشکل‌های غیردولتی، انتشار اوراق مشارکت یا استقراض از بانک‌ها و نهادهای مالی داخلی و خارجی، طرح‌های مورد نیاز خود را تأمین مالی کنند. این روش‌های تأمین مالی، به شهرداری‌ها اجازه می‌دهد تا پروژه‌های بزرگ انرژی را بدون تحمیل فشار بر بودجه جاری اجرا کرده و از منافع بلندمدت آن‌ها بهره‌مند شوند.
وایلدپولدس‌رید آلمان؛ الگویی از خودکفایی و درآمدزایی انرژی
در میان شهرهای موفق اروپایی، دهکده وایلدپولدس‌رید (Wildpoldsried) در ایالت بایرن آلمان، نمونه‌ای بی‌نظیر از میکروگریدهای محلی و تولید انرژی تجدیدپذیر در مقیاس کوچک به شمار می‌رود. این دهکده با جمعیتی حدود ۲۶۰۰ نفر، نه تنها به خودکفایی کامل در تأمین انرژی دست یافته، بلکه اکنون ۵۰۰ درصد بیشتر از نیاز خود انرژی تولید می‌کند که تمام آن از منابع تجدیدپذیر تأمین می‌شود.
پروژه تحول انرژی در وایلدپولدس‌رید تقریباً دو دهه پیش و با ابتکار آرنو زنگرله، شهردار وقت، آغاز شد. در آن زمان، این دهکده نیز مانند بسیاری از مناطق روستایی آلمان، به شبکه سراسری برق وابسته بود و هزینه‌های انرژی بخش قابل توجهی از بودجه خانوارها و کسب‌وکارهای محلی را شامل می‌شد. با اجرای برنامه‌ای جامع که شامل نصب پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام منازل و ساختمان‌های عمومی، احداث نیروگاه‌های زیست‌گاز با استفاده از پسماندهای کشاورزی و دامی، و بهره‌گیری از یک سیستم برق‌آبی کوچک، این دهکده به تدریج وابستگی خود به سوخت‌های فسیلی را کاهش داد و به سمت تولید محلی انرژی حرکت کرد.
نتایج مالی این پروژه حیرت‌انگیز است؛ بر اساس گزارش‌های مستند در سال ۲۰۱۱، دهکده وایلدپولدس‌رید با فروش برق مازاد به شبکه سراسری، ۵.۷ میلیون دلار درآمد کسب کرد. این در حالی بود که کل سرمایه‌گذاری اولیه در پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر حدود ۶ میلیون دلار بود؛ به این معنی که تنها در یک سال، تقریباً تمام هزینه سرمایه‌گذاری از طریق فروش برق مازاد جبران شد. در سال‌های بعدی، این درآمد به بیش از هفت میلیون دلار در سال افزایش یافت و به یک جریان درآمدی پایدار و قابل پیش‌بینی برای دهکده تبدیل گشت.
وایلدپولدس‌رید در واقع یک میکروگرید تمام عیار است که می‌تواند هم به صورت مستقل و هم متصل به شبکه اصلی فعالیت کند. این سیستم متشکل از ترکیبی از منابع تولید پراکنده است: پنل‌های خورشیدی با ظرفیت چندین مگاوات، نیروگاه‌های زیست‌گاز که از پسماندهای کشاورزی و فضولات دامی تغذیه می‌کنند، و یک سیستم برق‌آبی کوچک که از رودخانه محلی بهره می‌برد. تمامی این منابع توسط یک سیستم مدیریت هوشمند انرژی هماهنگ شده‌اند که تولید و مصرف را به شکل بهینه کنترل کرده و در زمان‌هایی که قیمت برق در بازار بالا است، برق مازاد را به شبکه می‌فروشد.
علاوه بر درآمدهای مستقیم حاصل از فروش برق، این پروژه تأثیرات اقتصادی گسترده‌تری نیز داشته است. اولاً، هزینه‌های انرژی خانوارها و کسب‌وکارهای محلی به شدت کاهش یافته، زیرا بخش عمده‌ای از برق مصرفی از منابع محلی تأمین می‌شود. ثانیاً، پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر باعث ایجاد فرصت‌های شغلی جدید در زمینه‌های نصب، نگهداری و مدیریت سیستم‌ها شده و به تقویت اقتصاد محلی کمک کرده است. ثالثاً، این دهکده به یک مقصد گردشگری و آموزشی تبدیل شده و سالانه بازدیدکنندگان زیادی از سراسر جهان برای مطالعه این مدل موفق به وایلدپولدس‌رید سفر می‌کنند که خود به افزایش درآمدزایی از طریق گردشگری منجر شده است.
وایلدپولدس‌رید موفق شده است انتشار کربن خود را به طور چشمگیری کاهش دهد و به الگویی عملی برای سایر جوامع تبدیل شود. این دهکده نه تنها به هدف تولید صد درصدی برق از منابع تجدیدپذیر تا سال ۲۰۲۰ دست یافت، بلکه سه سال زودتر از موعد مقرر، یعنی در سال ۲۰۱۷، به بیش از ۳۰۰ درصد مازاد تولید رسید و هم‌اکنون با ۵۰۰ درصد مازاد، یکی از پیشروترین جوامع در زمینه انرژی پاک در جهان است.
موفقیت وایلدپولدس‌رید اثبات می‌کند که میکروگریدها و تولید انرژی محلی نه تنها از نظر فنی امکان‌پذیرند، بلکه از بعد اقتصادی نیز کاملاً توجیه‌پذیر هستند. با سرمایه‌گذاری اولیه حدود ۶ میلیون دلار و درآمد سالانه بیش از هفت میلیون دلار از فروش برق مازاد، دوره بازگشت سرمایه کمتر از یک سال بوده است و پس از آن، تمامی درآمدها به عنوان سود خالص برای جامعه محلی باقی می‌ماند. این الگو نشان می‌دهد که شهرداری‌ها و جوامع محلی می‌توانند با سرمایه‌گذاری در میکروگریدها، همزمان به پایداری انرژی دست یابند، درآمدهای پایدار ایجاد کنند و وابستگی خود به سوخت‌های فسیلی و نوسانات قیمتی آن‌ها را به حداقل برسانند.
نمونه وایلدپولدس‌رید، به ویژه برای شهرها و شهرداری‌هایی که به دنبال راه‌حل‌های عملی و مقیاس‌پذیر برای گذار انرژی هستند، الهام‌بخش است. این پروژه ثابت می‌کند که حتی جوامع کوچک با جمعیت محدود و منابع مالی اندک نیز می‌توانند با برنامه‌ریزی دقیق، مشارکت شهروندی و بهره‌گیری از فناوری‌های موجود، به تحول انرژی دست یابند و از منافع اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی آن بهره‌مند شوند.
